淺談氫能發(fā)電的發(fā)展趨勢和存在問題-文庫吧資料
2025-03-31 05:33本頁面
【正文】 和燃料電池技術(shù)研究給予了穩(wěn)定的支持。金屬氫化物的出現(xiàn)為氫的儲存、運(yùn)輸及利用開辟一條新的途徑[25]。但是，制備1升液氫約需消耗電能3儲氫技術(shù)：目前，氫的儲存方法主要有以下幾種：常壓儲氫，高壓儲氫，液氫儲氫，金屬氫化物儲氫及吸附儲氫等[24]。在光化學(xué)、生物質(zhì)和電化學(xué)制氫領(lǐng)域[23]，蘭州化學(xué)物理所、微生物以及南開大學(xué)、天津大學(xué)等單位也進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究工作。中科院感光化學(xué)研究所承擔(dān)了―九五‖科技攻關(guān)項目―制氫技術(shù)的中試研究‖。石油大學(xué)承擔(dān)的―九五‖科技攻關(guān)項目―從H2S制取氫氣的擴(kuò)大實(shí)驗研究‖，此方法制氫能耗低，H2/h，并實(shí)現(xiàn)系列化、批量化生產(chǎn)。此外，由中科院山西煤炭化學(xué)研究所開發(fā)的―甲醇重整制氫技術(shù)‖已投入生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，目前最大規(guī)模為360水電解制氫和生物質(zhì)氣化制氫等方法，現(xiàn)已形成規(guī)模。這些制氫方法在工藝上都比較成熟，但是由化石能源和電力來換取氫能，在經(jīng)濟(jì)上和資源利用上并不合適?，F(xiàn)階段氫在諸多方面都有廣泛的應(yīng)用[18]。將氫作為能源載體和新的能源系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，是70年代的事。國內(nèi)發(fā)展概況日本于1993年啟動了二個項目，計劃到2020年投入30億美元，構(gòu)建一個環(huán)球能源網(wǎng)絡(luò)[11]，用于氫能源的有效供給、輸送與利用，將500萬輛燃料電池車投入市場，近期將建成2000多個加氫站167。美國聯(lián)邦政府計劃在2004～2008年投入12億美元用于實(shí)施―氫能技術(shù)研究、開發(fā)與示范行動計劃‖[7]。目前世界各國推出的燃料電池動力車及可用于手提電腦、播放器、手機(jī)的小型燃料電池等利用氫能的產(chǎn)品已經(jīng)非常多[6]?，F(xiàn)階段氫能作為一種高效能源在航天飛機(jī)、火箭等航天行業(yè)及城市公共汽車中有廣泛應(yīng)用，一些國外的發(fā)達(dá)國家在1993年就開始使用以液氫為燃料的城市公共汽車。不過，由于氫能在制備儲存等方面的局限使氫能商業(yè)化進(jìn)展仍然很慢，即使對發(fā)達(dá)國家而言，雖然氫能的技術(shù)條件已經(jīng)成熟，但仍處于示范階段。現(xiàn)階段由于氫能系統(tǒng)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中起著越來越重要的作用，在國外氫能的發(fā)展已經(jīng)不單純停留在技術(shù)領(lǐng)域上，同時產(chǎn)生了―氫能經(jīng)濟(jì)‖的新經(jīng)濟(jì)模式的概念[4]。.第三章綜上所述，制氫的方法確實(shí)是很多的。問題是天然的葉綠體壽命太短，需要尋找延長它們工作壽命的辦法。第一臺葉綠體制氫裝置于1973年在美國問世，1 mg葉綠體可產(chǎn)出15 μL氫氣。這種利用某些高等植物的光合作用制氫的辦法是很經(jīng)濟(jì)的，不過也有不足，主要是效率低、占地面積大、氫氣的收集比較困難，有待進(jìn)一步探索。有些科學(xué)家提出培育“氫樹”的設(shè)想，想從高等植物那里取得氫燃料。后來又發(fā)現(xiàn)，藍(lán)綠藻等好多藻類都有這種光合產(chǎn)氫的本領(lǐng)。這樣的細(xì)菌也已經(jīng)找到了十幾種。光合自養(yǎng)菌比化能異養(yǎng)菌更有能耐，它們不需要消耗有機(jī)營養(yǎng)物，而能像綠色植物那樣吸收太陽光，把簡單的無機(jī)物合成有機(jī)物以滿足自身的需要，同時放出氫氣。已知產(chǎn)氫的化能異養(yǎng)菌有30多種，它們能夠發(fā)酵糖類、醇類、有機(jī)酸等有機(jī)物，吸收其中的一部分化學(xué)能來滿足生命活動的需要，同時把另一部分能量以氫氣的形式釋放出來。 ③微生物制氫。另外氫氣的產(chǎn)出也隨氣化原料和催化劑的不同而不同。 表3是以焦煤、橄欖殼以及向日葵桿為原料進(jìn)行的水蒸氣催化氣化實(shí)驗結(jié)果。國外對生物質(zhì)的水蒸氣催化氣化進(jìn)行了實(shí)驗研究，其單位kg生物質(zhì)產(chǎn)氫率從3080g不等。生物質(zhì)在氮的氣氛下經(jīng)電弧等離子體熱解后，產(chǎn)品氣中的主要組分就是H2和CO，并完全不含焦油。目前產(chǎn)生等離子的手段有很多，如聚集爐，極光束，閃光管，微波等離子以及電弧等離子等。②等離子體熱解、氣化制氫。中國科學(xué)院廣州能源所多年來進(jìn)行了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，其氣化產(chǎn)物中氫氣約占10%,熱值達(dá)11MJ/m3。金屬氫化物分離法、變壓吸附法和聚合物薄膜擴(kuò)散法的回收率一般在70％－85％；低溫分離法回收率達(dá)到95％；鈀合金薄膜擴(kuò)散法采用富氫原料氣時，回收率可達(dá)99％。日前主要采用的分離方法有：金屬氫化物分離法；變壓吸附法；低溫分離法；鈀合金薄膜擴(kuò)散法；聚合物薄膜擴(kuò)散法等。生物質(zhì)氣化的主要產(chǎn)物為HCOCO、CH4，混合氣的成分組成比因氣化溫度、壓力、氣化停留時間以及催化劑的不同而不同，氣化反應(yīng)器的選擇也是決定混合氣組成的一個主要因素。生物質(zhì)氣化。①生物質(zhì)催化氣化制氫技術(shù)生物質(zhì)催化氣化制氫的主要流程如圖1所示。（6）生物質(zhì)制氫。水被分解了，最后剩下來的僅僅是催化劑。據(jù)報道，最近日本制成了一種高效催化劑，是把氧化鈦、氧化釕和鉑粘著在一起，做成顆粒直徑只有1Mr的灰色粉末。這樣的復(fù)合催化體系的太陽光的照射下，每升溶液每小時可以生產(chǎn)1L氫氣。光敏劑捕獲太陽能而呈激發(fā)態(tài)；起橋梁作用的中繼物從光敏劑的激發(fā)態(tài)得到電子，然后迅速同水進(jìn)行電子交換，還原水而得氫氣。11年前，有人發(fā)現(xiàn)三聯(lián)毗啶釕絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)具有電子轉(zhuǎn)移能力，這使人想起可以利用它來光解水制氫。這就使氫燃料的商品化生產(chǎn)有了可能。不久前美國科學(xué)家海勒等人用磷化銦半導(dǎo)體作電極的光電化學(xué)電池制氫，效率達(dá)到12%。專家們認(rèn)為，～ eV的半導(dǎo)體，它們可以吸收差不多整個波長范圍內(nèi)的太陽光。不過， eV，只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光部分，所以光能利用效率很低，不過1%。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有了強(qiáng)大的太陽能高溫爐，聚焦溫度高達(dá)4 000 ℃，這樣高的溫度，用于直接熱分解水或分步的熱化學(xué)法制氫都是可能的。（5）光化學(xué)制氫。熱化學(xué)法制氫仍舊需要熱。反應(yīng)結(jié)束后，化學(xué)藥品的數(shù)量不減少，可以回收循環(huán)使用，消耗的只是水，水被分解成氫和氧了。這其實(shí)也是一種加熱直接分解水的方法，不過不是單純依靠加熱硬把氫、氧一步分開，而是通過某些化學(xué)藥品（如二氧化硫、硫酸和硫酸鉍）與水反應(yīng)，分幾步把水分解制得氫氣，形成一個熱化學(xué)循環(huán)，所以又叫做分步反應(yīng)分解水制氫法。2NaCl+2H2O=====Cl2↑+2NaOH+H2↑（4）
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